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高速铁路车轮扁疤激扰响应的小波包分解与限值研究

刘旭麒 和振兴 包能能 张小安 石广田

刘旭麒, 和振兴, 包能能, 张小安, 石广田. 高速铁路车轮扁疤激扰响应的小波包分解与限值研究[J]. 机械科学与技术, 2023, 42(4): 622-628. doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.20200637
引用本文: 刘旭麒, 和振兴, 包能能, 张小安, 石广田. 高速铁路车轮扁疤激扰响应的小波包分解与限值研究[J]. 机械科学与技术, 2023, 42(4): 622-628. doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.20200637
LIU Xuqi, HE Zhenxing, BAO Nengneng, ZHANG Xiaoan, SHI Guangtian. Exploring Wavelet Packet Decomposition and Limit Value of High-speed Railway Wheel Flat Excitation Response[J]. Mechanical Science and Technology for Aerospace Engineering, 2023, 42(4): 622-628. doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.20200637
Citation: LIU Xuqi, HE Zhenxing, BAO Nengneng, ZHANG Xiaoan, SHI Guangtian. Exploring Wavelet Packet Decomposition and Limit Value of High-speed Railway Wheel Flat Excitation Response[J]. Mechanical Science and Technology for Aerospace Engineering, 2023, 42(4): 622-628. doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.20200637

高速铁路车轮扁疤激扰响应的小波包分解与限值研究

doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.20200637
基金项目: 

国家自然科学基金项目 51868037

牵引动力国家重点实验室开放课题 TPL1902

甘肃省科技计划项目 20JR5RA393

详细信息
    作者简介:

    刘旭麒(1997-), 硕士研究生, 研究方向为列车故障监测, 1370058885@qq.com

    通讯作者:

    和振兴, 副教授, 博士, zhenxinghe@163.com

  • 中图分类号: U271.91

Exploring Wavelet Packet Decomposition and Limit Value of High-speed Railway Wheel Flat Excitation Response

  • 摘要: 扁疤是轨道交通车辆车轮踏面的典型故障之一, 其对于列车运行的平稳性和安全性有很大影响。目前尚未对不同速度下的扁疤限值制定统一的标准。本文对动力学仿真计算得到的轮轨力随机响应采用一种全局性的小波包分解处理方法, 提取轮轨力随机信号的能量系数作为评判指标, 从能量特征的角度研究了不同速度等级下的车轮扁疤安全限值, 并与在时域信号中提取轮轨力随机响应的最大值、均值和脉冲因子作为评判扁疤安全限值的方法相比较。结果表明: 小波包能量系数从全局性角度描述轮轨力特性, 节点能量系数呈线性规律, 可作为高速铁路车轮扁疤安全限值的评判指标。研究得出当列车速度在150~250 km/h范围内, 扁疤长度应控制在30 mm以内; 当列车速度在250~350 km/h范围内, 扁疤长度应控制在25 mm以内。
  • 图  1  高速列车动力学模型

    图  2  钢轨垂向位移和钢轨垂向加速度

    图  3  单处车轮扁疤模型

    图  4  速度为300 km/h时车轮1有无扁疤条件下车轮2的轮轨力

    图  5  轮轨力时域随机响应最大值

    图  6  不同速度条件下的轮轨力

    图  7  轮轨力时域随机响应均值

    图  8  轮轨力时域随机响应脉冲因子

    图  9  小波包分解过程

    图  10  节点1能量系数

    图  11  节点2能量系数

    表  1  扁疤长度与深度的关系

    扁疤长度/mm 20 30 40 50
    扁疤深度/mm 0.111 0.250 0.445 0.695
    下载: 导出CSV

    表  2  节点能量系数

    速度/(km·h-1) 扁疤长度/mm 节点1 节点2 节点3 节点4
    150 0 100.00 0.00 0.00 0.00
    20 99.81 0.09 0.02 0.06
    30 99.57 0.21 0.04 0.13
    40 99.26 0.41 0.05 0.18
    200 0 99.98 0.01 0.01 0.00
    20 99.77 0.08 0.03 0.07
    30 99.47 0.20 0.06 0.18
    40 99.08 0.42 0.08 0.29
    250 0 99.95 0.04 0.01 0.00
    20 99.74 0.11 0.04 0.06
    30 99.42 0.25 0.06 0.17
    40 98.98 0.48 0.08 0.29
    300 0 99.85 0.11 0.03 0.00
    20 99.64 0.15 0.06 0.07
    30 99.33 0.24 0.11 0.19
    40 98.92 0.41 0.14 0.35
    350 0 99.76 0.18 0.04 0.01
    20 99.58 0.22 0.08 0.05
    30 99.26 0.32 0.14 0.15
    40 98.93 0.51 0.13 0.23
    下载: 导出CSV
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  • 收稿日期:  2021-05-06
  • 刊出日期:  2023-04-25

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